JPS63241460A - 超音波探触子の走査治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は超音波探触子の走査治具に係り、特に水車部品
等の複雑な三次元曲面を有する試験体の超音波探傷試験
を行なう超音波探触子の走査治具に関する。

（従来の技術） 一般構造物の中には、水車部品等のように複雑な三次元
曲面を有する部分があり、その中には水車ランナの羽根
付は根部等のように構造強度上充分な検査を必要とする
部位がある。このような検査を必要とする構造物の試験
体を検査するとき、特に試験体凹曲面の超音波探（口試
験においては、試験体と超音波探触子との音響カップリ
ングが探１ｎ感度を維持する上で重要となっており、音
響カップリングの善し悪しが探傷結果に大きな影ン１を
与える。

このため、円筒内面の超音波探傷では、内面形状に応じ
た超音波探触子シューを用いて音響カップリングを一般
的に確保したり、また円筒内面の曲率半径より充分に小
さな接触面を右する小型探触子を使用して探触子接触面
を円筒内面に″”ｆｌ’４させ、音響カップリングを保
つことし行なわれている。

第６図はこのような従来の超音波探触子１を用いて三次
元曲面を有する試験体２の凹曲面を超音波探傷する一般
的な手法を説明する。

水車ランチ羽根付は根部のように直線部と曲線部とから
三次元曲面を構成した試験体２の内部を三次元探傷する
場合、超音波探触子１に曲率半径の小さな曲面シュー３
を付設して音響カップリングを満足させている。

しかしながら、この超音波探触子１で試験体２の直線部
上を超音波探傷する際、超音波探触子端で試験体２との
間に間隙Δｄが生じ、この間隙Δｄの存在のために、音
響カップリング剤を間隙に介装する必要があり、超音波
探傷作業の作業性が低下する問題があった。

上記の間隙ｄを小さく抑えるために、超音波探触子の寸
法を小さくすると、試験体２内での昌場の広がりａが超
音波理論から大きくなり、超音波探傷による欠陥位置の
方位分解能の低下を生じさせる。

また、従来の水車ランナの羽根付は根部の超音波探傷試
験は超音波探触子を手作業で操作し、実施しているため
、超音波探触子に固有のシューを付しても超音波探触子
を正確に走査さじな【プれぽ、試験体形状とシュー形状
の密着性が損われ、音響）］ツブリングを満足させ得な
かったり、また個人差に起因する測定のバラツキがあっ
た。

（発明が解決しようとする問題点） 試験体として水車ランナの羽根付は根部の超音波探傷を
例にとると、羽根付（プ根部は一般に凹曲面形状を有し
、かつ水車ランチの中心部に向って螺旋状に傾斜した勾
配面を右する複雑な三次元曲面形状を有しているため、
水車ランナへの超音波探触子の接触面は複雑になる。超
音波探傷を手動で行なう場合には、超音波探触子の保持
状態によっては超音波ビームが所定外の方向に入射され
、内部欠陥位置を正確に測定できない恐れがあった。

また、超音波探触子と水車ランチの表面との接触状態を
良好に保持するために、音響カップリング剤を常時供給
して確認する必要があり、探傷感度も音響カップリング
剤の供給状態によって変動する等の問題があった。

本発明は上）ホした事情を考慮してなされたもので、超
音波ビームを常に安定した探傷条件で試験体に入射させ
て内部欠陥位置を正確に測定でき、しかも内部欠陥位置
の探傷感度を向上させることができる超音波探触子の走
査治具を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明は、試験体の凹曲面の超音波探（物を行なう超音
波探触子の走査治具において、円弧状ヒンジ部を介して
折畳み自在に連結された対をなすガイドレールと、上記
ガイドレールを試験体の凹曲面に保持するスタンドと、
上記ガイドレールの長手方向に形成される走行ガイド部
に走行自在に保持された超音波探触子保持具と、前記ガ
イドレールの開き角を検出する角度検出器と、超音波探
触子保持具に設けられた超音波探触子と、この超音波探
触子の位置を検出する位置検出器とを備えたものである
。

（作用） この超音波探触子の走査治具は水車ランナの羽根付は根
部等の試験体の凹曲面に対をなタガイドレールを円弧状
ヒンジ部側から挿入し、試験体の凹曲面に応じてガイド
レールを拡開するとともに、上記ガイドレールを試験体
の凹曲面内に保持する。このとき、ガイドレールの開き
角度を角度検出器により検出する。

試験体の凹曲面内にガイドレールを保持さ往た後、超音
波探触子保持具をガイドレールの長手方向に沿うガイド
部に沿って案内さゼる一方、このときの超音波探触子保
持具の１１２置は位置検出器により測定される。この超
音波探触子保持具の位置を検出することにより超音波探
触子の位置を検出することができる。

この状態で超音波探触子から試験体の凹曲面に向は所定
の角度で超音波ビームを発振させ、超音波探触子保持具
をガイドレールに沿って案内させながら試験体凹曲面の
内部探信を行なう。このとき、超音波探触子は、超音波
探触子保持具に安定的に保持され、ガイドレールの走行
ガイド部に沿って安定的かつスムーズに移動走査させる
ことができ、試験体の内部探信を精度よく正確に行なう
ことができる。

（実施例〉 以下、本発明に係る超音波探触子の走査治具の一実施例
について添付図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る超８波探触子の走査治具１０を水
車ランナの羽根付【プ根部や水車ステーベーン等の試験
体の凹凸面１２にセットした例を示す。超音波探触子の
走査治具１０は円弧状ヒンジ部Ａを介して折畳み自在に
連結れた対をなす主ガイドレール１４および副ガイドレ
ール１５を備えており、上記ガイドレール１４．１５は
端板１６ににり開閉自在に相互に連結される。

上記ガイドレール１４，１５は試験体１１の凹曲面１２
内に複数のスタンド１７．１８．１９により保持される
。スタンド１７．１８．１９はガイドレール１４．１５
のヒンジ部Ａおにび自由端部Ｂ、Ｃに固定された支持ポ
スト１７ａ、１８ａ。

１９ａと各支持ポストの基部に設けられたマグネットロ
ーラ１７ｂ、１８１）、１９ｂとを備え、ガイドレール
１４．１５をその長手方向に直交り゛る方向に移動自在
に支持し、かつマグネットにＪ：リガイドレール１４．
１５が試験体１１の凹曲面１２に安定的に保持される。

このうち、マグネットローラ１７ｂは試験体１１の凹曲
面１２上に付設された走行ガイド２０のガイド溝２０ａ
に係合し、このガイドＦＭ　２０　ａに沿ってマグネッ
トローラ１７ｂを転勤自在に案内している。走行ガイド
２０のガイド溝２０ａは主ガイドレール１４の長手方向
に直交する方向に延びており、このときマグネットロー
ラ１７ｂの移動量はポテンショメータ２２で検出される
。上記スタンド１７は試験体１１に設置された走行ガイ
ド２０に沿って案内されるため、走行ガイド２０を設置
した全域でその移動量を正確に測定できる。

一方、スタンド１７の支持ボスト１７ａは走行ガイド２
０の長手方向に直交する方向、すなわち主ガイドレール
１４の長手方向にマグネットローラ１７ｂに対しスライ
ド自在に支持される。このため、支持ボスト１７ａはス
ライド機構２３を介してマグネツ］・ローラ１７ｂに接
続されてＪ３す、このスライドｌａ　Ｍ？Ｊ２３上に前
記ポテンショメータ２２が設置される。

また、ガイドレール１４．１５の円弧状ヒンジ部△に固
定されたスタンド１８は半径方向外方に延びており、こ
の脚長は試験体１１の凹曲面１２の中心位置（曲率中心
）に（３口ま一致するように設定される。これにより円
弧状ヒンジ部Ａの回転中心は試験体凹曲面１２の曲率半
径の中心とほぼ−・致せしめられる。

また、ガイドレール１４．１５は第１図ないし第４図に
示すように円弧状ヒンジ部Ａおよび自由端部Ｂ、Ｃにガ
イドシーブ２５．２６．２７を回転自在に支持しており
、これらのガイドシーブ２５．２６．２７に形成される
周ｔ１２８にケーブル３０が第１図に示すように巻き掛
けられる。巻き１卦【プられたケーブル３０はｊ甲えロ
ーラ３１ａ、３１ｂ、３１ｃにより押え付けられ、周溝
２８から外れないようにしている。

前記ガイドレール１４．１５は代表的に第３図および第
４図に承りように長手方向に延びる走行ガイド部として
内側ガイドフランジ３３が形成されてＪ３す、このガイ
ドフランジ３３に超音波探触子保持具３５が第１図およ
び第５図（Ａ）、（Ｂ）に示すようにスライド自在に設
けられる。超音波探触子保持具３５はガイドフランジ３
３にスライド自在に係合する保持ブロック３６を備え、
この保持ブロック３６の側方に形成されるガイド満３７
がガイドフランジ３３に係合して支持される。

超音波探触子保持具３５の保持ブロック３６は突出部３
６ａを一体あるいは一体的に形成しており、この突出部
３６ａにケーブル３０が係合され、ケーブル３０の走行
に伴って保持ブロック３６が移動せしめられるようにな
っている。

超音波探触子保持具３５の保持ブロック３６にはスプリ
ング３８を介してプレート状支持体３９を弾性支持して
おり、この支持体３９に超音波探・触子４０と支持棒４
１が設けられている。超音波探触子４０は多数の超音波
探触子を列状、例えば直線状に配列して禍成されるアレ
イ型超音波探触子であり、この超音波探触子４０は水を
封入した水袋４３を備えた局部水浸型超音波探触子であ
る。

上記水袋４３は、周側面は比較的剛性が大きく、先端面
は可撓性に富むように形成され、内部に封入される水は
ほぼ一定の水圧に保たれるように、図示しない水圧調整
機構を介して水圧源に接続されている。超音波探触子４
０は支持体３つの取付角度が調節自在に設けられる。

超音波探触子４０から発振される超音波の主ビームがガ
イドレール１４．１５の走行方向に直交する方向との交
点が試験体１１の凹曲面１２上に位置し、かつ上記交点
が試験体１１への入射点となるように超音波探触子４０
が設置される。主ビームの試験体１１への入射点に支持
棒４１の先端が位置するように、支持棒４１はガイドレ
ール１４．１５の走行方向に直交する方向を向き、水袋
４３の側方に偏心して設けられ、この支持棒／１１によ
り超音波探触子４０から発振される主ビームの水和癩１
長を一定に保っている。

また、ガイドレール１４．１５の円弧状ヒンジ部△には
ポテンショメータ等の角度検出器４５が第４図に示ずよ
うに設けられる。角度検出器４５は主ガイドレール１４
と端板１６との相対的変位を検出し、ガイドレール１４
．１５の開き角度を検出するにうになっており、この角
度検出信号は図示しない超音波探カ上子位置検出装置に
出力される。

一方、ガイドレール１４．１５の各ガイドシーブ２５，
２６．２７間に巻き掛けられたケーブル３０の移動量は
ポテンショメータ等の位置検出器４６（第３図参照）で
検出される。この位置検出４６は例えば主ガイドレール
１４に取付けられ、主ガイドレール１４に取付けられた
ガイドシーブ２５の回転１１１を検出している。これに
より超音波探触子保持具３５の位置が検出され、ひいて
は超音波探触子４０の位置が検出される。

次に、超音波探触子の走査治具の作用を説明する。

水車ランナの羽根付は根部等の試験体１１の凹曲面１２
にガイドレール１４’、１５を円弧状ヒンジ部Ａを先に
して挿入し、試験体の凹曲面１２上に複数のスタンド１
７．１８．１９を介してガイドレール１４．１５が保持
される。このとき、主ガイドレール１４と副ガイドレー
ル１５とは円弧状ヒンジ部（関節）Ａを介して結合され
、端板１６　′ｃ支えられるが、主ガイドレール１４を
スタンド１７．１８で試験体凹曲面１２上に保持し、副
ガイドレール１５に設けられたスタンド１９のマグネッ
トローラ１９ｂを試験体１１に吸着させることにより、
副ガイドレール１５は円弧状ヒンジ部Ａ廻りに回動し、
試験体凹曲面１２の開き角とほぼ同一の聞き角がガイド
レール１４．１５に付与される。このとき、ガイドレー
ル１４．１５の開き角は角度検出器４５により検出され
る。

一方、この走査治具１０はスタンド１８の長さを試験体
凹曲面１２の曲率半径とほぼ同一長とすることにより、
円弧状ヒンジ部Ａの回転中心が試験体凹曲面１２の曲率
半径の中心とほぼ一致させることができ、超音波探触子
４０からの超音波ビームを試験体凹曲面１２上に安定的
に走査できる。

ガイドレール１４．１５を試験体１１の凹曲面１２に保
持させた後、超音波探触子保持具３５をガイドレール１
４（１５）の内側ガイドフランジ３３に沿って手動によ
り走行させる。このとぎ、超音波探触子保持具３５の移
動量（走査量）、ひいては超音波探触子４０の位置はケ
ーブル３０の移動ｍを検出する位置検出器４６により測
定される。

超音波探触子保持具３５は超音波探触子４０を所定の角
度をなして弾力的に支持しており、超音波探触子４０か
ら発振ゼしめられる超音波の主ビームは水袋４３内を通
して試験体１１の凹曲面１２に入射せしめられる。その
際、水袋４３はスプリング３８により支持棒４１を介し
て試験体凹曲面１２に抑圧密着せしめられるので、試験
体表面の微妙な凹凸に係りなく安定な音響カップリング
が充分に得られる。しかも超音波探触子４０がら発振ｕ
しめられる超音波ビームが試験体凹曲面１２に入射され
るまでの水用Ｎｔ　５．は支持棒４１により常時一定に
保たれ、超音波ビームの路程長が局部水浸治具の押し当
て状況で変化することがないので、試験体凹曲面１２内
に欠陥が存在するとぎ、欠陥エコーの超音波反射ビーム
の路程長を正確に検出できる。したがって、試験体凹曲
面１２内の欠陥位置を正確にしかも精度よく超音波探傷
することができる。

その際、アレイ型超音波探触子４０から発振ぜしめられ
る超音波の主ビーム線と、保持ブロック３６から試験体
凹曲面１２上への垂線を含むガイドレール１４（１５）
に垂直な面との交点が常時試験体凹曲面１２上に位置し
、超音波探触子保持具３５がガイドレール１４に沿って
移動する間、試験体１１への超音波ビーム入射角αが一
定となるため、常に安定した探傷試験を行なうことがで
きる。

また、ガイレール１４．１５全体は、超音波探触子保持
具３５ひいては超音波探触子４０の走査方向と直交する
方向に移動させることができ、この移動に伴ってガイド
レール１４．１５の聞き角は試験体凹曲面１２の聞き角
の変化に応じて追従変化するため、超音波探触子４０を
同様に安定的に走査でき、結果的に試験体凹曲面全面に
わたって超音波による内部探傷を行なうことができる。

なｄ３、本発明の一実施例で、はアレイ型超音波探触子
を手動によって走査し、その走査位置をポテンショメー
タ等の位置検出器で検出しているが、超音波探触子保持
具をモータ駆動により移動さ往て超音波探触子を自動走
査させるようにしてもよい。また、ガイドレール全体の
移動走査もモータ駆動により自動化さぼてもよい。

一実施例では試験体に対する超音波探触子の傾き角が一
定方向を向く例を説明したが、保持ブロックや支持体を
支持棒の軸線用りに回動させて超音波探傷するようにし
てもよい。これにより、超音波探触子から発振せしめら
れる超音波ビームの試験体への入射点位置を変えヂに、
入射方向を変更させることができ、試験体内の欠陥を精
度よく超音波探傷することができる。

さらに、一実施例ではアレイ型超音波探触子に水袋を使
用した局部水浸法の例について説明したが、超音波探触
子を試験体の凹曲面に直接接触させる直接接触法により
超音波探傷してもよい。

また、一実施例では対をなすガイドレールを１つの円弧
状ヒンジ部（−関節）で連結した例を示したが、ガイド
レールを多関節状態で連Ｆｉ’ｉさせるようにしてもよ
い。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る超音波探触子の走査治
具においては、対をなすガイドレールを円弧状ヒンジ部
を介して折畳み自在に連結し、このガイドレールを試験
体の凹曲面内に複数のスタンドにより保持したから、試
験体の凹曲面形状に追従した聞き角を有するがイドレー
ルを構成でき、このガイドレールの長手方向に形成され
る走行ガイド部に沿って超音波探触子を安定的に移動走
査させることができるから、試験体の凹曲面全体にわた
って超音波による内部探傷を安定的に行なうことができ
る。

また、超音波探触子を保持した超音波探触子保持具は試
験体凹曲面内に設置されたがイドレールの走行ガイド部
に沿って案内されるので、超音波探触子が安定的に走査
され、超音波探触子からの超音波ビームを常安定した探
傷条件で試験体に入射させることができ、三次元曲面を
有する試験体の内部欠陥位置を正確に測定でき、しかも
内部欠陥位置の探傷感度を大幅に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波探触子の走査治具の一実施
例を示す図、第２図は上記超音波探触子の走査治具に用
いられる主ガイドレールを示す図、第３図は主ガイドレ
ールの自由端部の保持状態を示ず図、第４図は主ガイド
レールの円弧状ヒンジ部の保持状態を示す図、”ＸＳ”
５図（Ａ）および（Ｂ）はガイドレールに取付けられる
超音波探触子保持具を示す図、第６図は試験体の凹曲面
を超音波探信する従来の超音波探触子を示１図である。 １０・・・超音波探触子の走査治具、１１・・・試験体
、１２・・・凹曲面、△・・・円弧状ヒンジ部、Ｂ、Ｃ
・・・自由端部、１４・・・主ガイドレール、１５・・
・副ガイドレール、１６・・・端４反、１７．１８．１
９・・・スタンド、１’７ａ、１８ａ、１９ａ・・・支
持ポスト、１７ｂ、１８ｂ、１９ｂ・・・マグネットロ
ーラ、２０・・・走行ガイド、２２・・・ポテンショメ
ータ、２３・・・スライドｌｉｌ　４’ｌＳ、２５．２
６．２７・・・ガイドシーブ、２８・・・周溝、３０・
・・ケーブル、３３・・・内側ガイドフランジ〈走行ガ
イド部）、３５・・・超音波探触子保持具、３６・・・
保持ブロック、４０・・・超音波探触子、４１・・・支
持棒、４３・・・水袋、４５・・・角度検出器、４６・
・・位置検出器。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試験体の凹曲面の超音波探傷を行なう超音波探触子
   の走査治具において、円弧状ヒンジ部を介して折畳み自
   在に連結された対をなすガイドレールと、上記ガイドレ
   ールを試験体の凹曲面に保持するスタンドと、上記ガイ
   ドレールの長手方向に形成される走行ガイド部に走行自
   在に保持された超音波探触子保持具と、前記ガイドレー
   ルの開き角を検出する角度検出器と、超音波探触子保持
   具に設けられた超音波探触子と、この超音波探触子の位
   置を検出する位置検出器とを備えたことを特徴とする超
   音波探触子の走査治具。 ２、対をなすガイドレールは自由端部および円弧状ヒン
   ジ部にシーブを回転自在に設け、このシーブ間にケーブ
   ルが巻き掛けられ、このケーブルに超音波探触子保持具
   が連結され、上記超音波探触子保持具はケーブルの走行
   と一体的に移動可能に設けられた特許請求の範囲第１項
   に記載の超音波探触子の走査治具。 ３、スタンドはガイドレールの自由端部および円弧状ヒ
   ンジ部に設けられた支持ポストと、上記支持ポストの基
   部に設けられたマグネットローラを有する特許請求の範
   囲第１項に記載の超音波探触子の走査治具。 ４、超音波探触子は多数の超音波振動子を列状に配設し
   たアレイ型超音波探触子であり、かつ水袋を備えた局部
   水浸型超音波探触子である特許請求の範囲第１項に記載
   の超音波探触子の走査治具。 ５、超音波探触子保持具は、超音波探触子から発振され
   る主ビームの方向とガイドレールの走行方向に直交する
   方向との交点が試験体への主ビームの入射点となるよう
   に超音波探触子を配置した特許請求の範囲第１項に記載
   の超音波探触子の走査治具。 ６、超音波探触子保持具はガイドレールの走行方向に直
   交する方向に延びる支持棒を備え、この支持棒の先端が
   超音波探触子から発振される試験体への主ビームの入射
   点に位置せしめられ、超音波ビームの水距離長を一定と
   した特許請求の範囲第５項に記載の超音波探触子の走査
   治具。